Спектральные характеристики источников света
Оглавление
спектральный свет накаливание лампа
Введение
Источники света
1.1 Стандартные лампы накаливания
1.2 Галогенные лампы накаливания
1.3 Люминесцентные лампы
1.4 Разрядные лампы высокого давления
1.5 Светодиоды
1.6 Энергосберегающие лампы
1.7 Гравитационные лампы
1.8 Лазеры
1.9 Индукционные лампы
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Опытами Ньютона было установлено, что солнечный свет имеет сложный характер. Подобным же образом, т. е. анализируя состав света при помощи призмы, можно убедиться, что свет большинства других источников (лампа накаливания, дуговой фонарь и т. д.) имеет такой же характер. Сравнивая спектры этих светящихся тел, обнаружим, что соответственные участки спектров обладают различной яркостью, т. е. в различных спектрах энергия распределена по-разному. Еще надежнее удостовериться в этом можно, если исследовать спектры при помощи термоэлемента
Для обычных источников эти различия в спектре не очень значительны, однако их можно без труда обнаружить. Наш глаз даже без помощи спектрального аппарата обнаруживает различия в качестве белого света, даваемого этими источниками. Так, свет свечи кажется желтоватым или даже красноватым по сравнению с лампой накаливания, а эта последняя заметно желтее, чем солнечный свет.
Еще значительнее различия, если источником света вместо раскаленного тела служит трубка, наполненная газом, светящимся под действием электрического разряда. Такие трубки употребляются в настоящее время для светящихся надписей или освещения улиц. Некоторые из этих газоразрядных ламп дают ярко желтый (натриевые лампы) или красный (неоновые лампы) свет, другие светятся беловатым светом (ртутные), ясно отличным по оттенку от солнечного. Спектральные исследования света подобных источников показывают, что в их спектре имеются только отдельные более или менее узкие цветные участки.
В настоящее время научились изготовлять газоразрядные лампы, свет которых имеет спектральный состав, очень близкий к солнечному. Такие лампы получили название ламп дневного света.
Если исследовать свет солнца или дугового фонаря, профильтрованный через цветное стекло, то он окажется заметно отличным от первоначального. Глаз оценит этот свет как цветной, а спектральное разложение обнаружит, что в спектре его отсутствуют или очень слабы более или менее значительные участки спектра источника.
Источники света
Источники света — один из самых массовых товаров, производимых человеком.
Ежегодно производится и потребляется несколько миллиардов ламп, львиную долю которых пока составляют лампы накаливания. Стремительно растет потребление современных ламп — компактных люминесцентных, натриевых, металлогалогенных. Заманчивые перспективы в энергосбережении, да и в дизайне осветительных остановок обещают ультрасовременные светодиоды. Происходящие качественные изменения позволяют надеяться, что источники света в новом третьем тысячелетии станут важным инструментом архитектора, проектировщика, просто творческого человека — главного действующего лица наступающей эпохи дизайна.
1.1 Стандартные лампы накаливания
Принцип действия. Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество — от миниатюрных ламп для карманного фонарика до полукиловаттных прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Тцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100).
Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным меркам, очень немного. Что же заставляет людей покупать (15 млрд в год!) столь неэффективные и недолговечные источники света? Кроме силы привычки и крайне низкой начальной цены (что, кстати, совершенно не означает, что применение ЛН экономически эффективно), причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН.
Рис.1 Спектральные характеристики лампы накаливания
1.2 Галогеновые лампы накаливания
Главным недостатком стандартной лампы накаливания является ее малая светоотдача и ее короткий срок службы. При наполнении ее галогенными соединениями (к группе галогенов относятся неметаллические химические элементы фтор, хлор, бром, йод и астатин) можно избежать образования сажи на внутренней стороне стеклянной колбы, так что лампа в течение всего срока службы будет излучать постоянную световую энергию (люмен). Полезный эффект достигается за счет того, что пары галогенов способны соединяться с испаряющимися частицами вольфрама, а затем под действием высокой температуры распадаться, возвращая вольфрам на спираль.
Вылетающие с раскаленной спирали атомы вольфрама, таким образом, не долетают до стенок колбы лампы (за счет чего и снижается почернение), а возвращаются обратно химическим путем. Это явление получило название галогенного цикла .
За счет этого светоотдача и срок службы лампы значительно улучшаются. В то время, как стандартная лампа накаливания достигает светоотдачи 10 лм/ватт, галогенная лампа накаливания играючи достигает 25 лм/ватт. Кроме того, галогенные лампы накаливания имеют более компактную конструкцию и пригодны для изящных и специальных светильников.
В специализированных магазинах сегодня имеются в продаже галогенные лампы накаливания для работы с напряжением сети 220 вольт и лампы для низковольтного режима работы: на 6,12, 24 вольта. Для низковольтных галогенных ламп дополнительно требуется трансформатор.
Для декоративного акцентного освещения все больше используются галогенные отражающие лампы мощностью 10-50 ватт, а также рефлекторные лампы с отражателями тлеющего свечения 20-75 ватт. При этих лампах 2/3 образующегося тепла отводится назад через отражатель, пропускающий инфракрасные лучи, так что освещаемые этими лампами объекты не очень сильно нагреваются.
Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать период в 2000 часов. Как и у обычных ламп накаливания, механические воздействия на лампы в процессе эксплуатации (в особенности, для линейных ламп с большой длиной спирали), а также частые включения сокращают их срок службы.
Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у традиционных ламп накаливания и составляет 3000-3200 К. Этот параметр можно изменить при помощи встроенных или внешних светофильтров, а также подбором толщины интерференционного отражающего слоя в зеркальных лампах. Индекс цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100, причем за счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.
Рис.2 Спектральные характеристики: а) галогенных ламп накаливания, б) галогенных ламп накаливания (на железе).
На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при этом недорогим видом источника света с "теплым" спектром. Этим объясняется их богатый ассортимент, имеющий тенденцию к расширению. В первую очередь лампы данного вида находят применение в бытовом и функционально-декоративном освещении.